蛤壳图的构建及其在源代码阅读中的应用

### 蛤壳图的构建及其在源代码阅读中的应用 #### 1. 引言 在当今软件开发领域，尽管有众多方法和工具支持，但源代码的自动生成尚未完全成熟，人力在软件开发中仍不可或缺。在软件设计和创意生成过程中，人们尝试了多种方法，但尚未找到一种完美的解决方案。本文聚焦于一种名为蛤壳图（Clamshell Diagram）的工具，它源于思维过程发展图（Thinking Process Development Diagram），具有独特的结构和应用价值。我们将介绍蛤壳图的定义、构建原则、绘制支持系统，并探讨其在源代码阅读中的应用。 #### 2. 蛤壳图及相关图表 ##### 2.1 蛤壳图简介 蛤壳图是一种以特定风格呈现设计师思维的图表。它包含两种层次关系以及问题与解决方案的关系。标准的蛤壳图由两个树结构组成，其根部分别位于图表的两端，且两棵树的叶子节点相互连接。通常，图表的左半部分展示待解决的问题，右半部分则表示解决方案。理想情况下，图表是双边对称的，对应节点具有问题 - 解决方案的关系。 绘制图表时，一般从左根节点开始展开概念或句子，向右扩展。在右半部分，需要收敛思维，最终得出单一的结论信息。这种结构约束使我们能够同时思考问题和解决方案，以适度的压力进行创造性设计。 蛤壳图的名称源于其形状类似于蛤壳，在日本文化中，蛤壳象征着两个部分的统一。 ##### 2.2 其他图表 - **KJ 方法**：由 Jiro Kawakita 提出，用于整理关于某个主题的零散信息。大致分为两个步骤：将每个想法记录在卡片上，然后合并卡片。虽然第一步与我们绘制蛤壳图支持系统中的创建节点操作类似，但第二步缺乏组织想法的建设性规则。相比之下，蛤壳图具有清晰的节点结构和整体 - 部分关系。 - **思维导图**：广泛用于扩展单一想法。以一个关键词为中心，向各个方向绘制曲线以关联相关概念。从结构上看，它是一个有向树，中心关键词为根节点。然而，思维导图存在一些问题，例如当一个短语在图表中多次出现时需要分离，且想法的扩展广度和深度取决于绘制者，可能导致图表各方向扩展不均衡。而蛤壳图的目标明确为单一概念，结构更为清晰。 - **因果图**：也称为鱼骨图或石川图，有一个主干和直接或间接连接到主干的小分支。它用于展示给定属性或结果的所有因素，采用反向推理，与思维导图不同。 - **TRIZ**：一种基于大量专利模式的创新支持方法，通过矩阵明确技术问题的组合。曾被用于改进用 Perl/Tk 编写的 GUI 应用程序。 | 图表类型 | 特点 | 缺点 | | ---- | ---- | ---- | | KJ 方法 | 整理零散信息，分记录和合并两步 | 合并步骤缺乏建设性规则 | | 思维导图 | 以关键词为中心扩展想法，有向树结构 | 短语重复需分离，扩展不均衡 | | 因果图 | 展示结果的所有因素，反向推理 | - | | TRIZ | 基于专利模式，用矩阵明确问题 | - | #### 3. 蛤壳图的形式定义 ##### 3.1 对称和非对称蛤壳图 我们关注的蛤壳图由六层节点组成。如果图表的左右两半形成树结构，且左树的叶子节点与右树的叶子节点一一对应，则称为对称蛤壳图（SCD）。SCD 在计算机和数据库处理方面较为容易，但在实际绘制中限制较多。因此，我们提出了非对称蛤壳图（ACD），其左四层和右三层分别构成树结构。 ```mermaid graph LR classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px; A(SCD):::process --> B(左右树叶子一一对应):::process C(ACD):::process --> D(左四层、右三层树结构):::process ``` ##### 3.2 原则 蛤壳图形式上是一个无向图 G = (V, E)，遵循以下原则： 1. **节点集合划分**：V 是节点集合，划分为六个子集 V1, V2, ..., V6，满足 V = V1 ∪ V2 ∪ V3 ∪ V4 ∪ V5 ∪ V6 且 Vi ∩ Vj = ∅（i ≠ j）。 2. **链接集合划分**：E 是无向链接集合，划分为五个子集 E1, E2, ..., E5，满足 E = E1 ∪ E2 ∪ E3 ∪ E4 ∪ E5 且 Ei ∩ Ej = ∅（i ≠ j）。 3. **链接关系**：若 (u, v) ∈ Ei，则 u 和 v 中恰好有一个属于 Vi，另一个属于 Vi + 1。 4. **根节点唯一性**：#V1 = #V6 = 1，即设计目标和解决方案信息各只有一个。 5. **节点连接性（i = 1, 2, 3）**： - 对于任意 v ∈ Vi + 1，存在 u 使得 (u, v) ∈ Ei。 - 对于任意 u ∈ Vi，存在 v 使得 (u, v) ∈ Ei。 6. **节点连接性（i = 4, 5）**： - 对于任意 u ∈ Vi，存在 v 使得 (u, v) ∈ Ei。 - 对于任意 v ∈ Vi + 1，存在 u 使得 (u, v) ∈ Ei。 7. **唯一父节点（i = 1, 2, 3）**：对于任意 v ∈ Vi + 1，存在唯一的 u 使得 (u, v) ∈ Ei。 8. **唯一子节点（i = 4, 5）**：对于任意 u ∈ Vi，存在唯一的